Oppladbart batteri

Et oppladbart batteri (også kalt sekundærcelle, lagringsbatteri og arkaisk akkumulator) er en type elektrisk batteri som kan lades, tømmes og lades igjen mange ganger, i motsetning til et engangsbatteri, som leveres fulladet og kastes etter bruk. Den består av en eller flere elektrokjemiske celler. Begrepet "akkumulator" brukes når det akkumuleres og lagrer energi gjennom en reversibel elektrokjemisk reaksjon. Oppladbare batterier produseres i mange forskjellige former og størrelser, alt fra knappceller til megawatt-systemer koblet for å stabilisere et elektrisk distribusjonsnett. Flere forskjellige kombinasjoner av elektrodematerialer og elektrolytter er brukt, inkludert bly-syre, sink-luft, nikkel-kadmium (NiCd), nikkel-metallhydrid (NiMH), litiumion (Li-ion), Litium jernfosfat (LiFePO4) og litiumionpolymer (Li-ionpolymer).

Oppladbare batterier koster i utgangspunktet mer enn engangsbatterier, men har en mye lavere total eierkostnad og miljøpåvirkning, ettersom de kan lades billig mange ganger før de må byttes ut. Noen oppladbare batterityper er tilgjengelige i samme størrelser og spenninger som engangstyper, og kan brukes om hverandre med dem.

Milliarder av dollar i forskning blir investert over hele verden for å forbedre batterier.^[1][2]

Enheter som bruker oppladbare batterier inkluderer bilstartere, bærbare forbrukerenheter, lette kjøretøyer (for eksempel motoriserte rullestoler, golfbiler, elsykler og elektriske gaffeltrucker) og noe verktøy. Fremvoksende applikasjoner i hybrid forbrenningsbatteri og elektriske kjøretøyer driver teknologien for å redusere kostnad, vekt og størrelse og øke levetiden.^[3]

Eldre oppladbare batterier selvutlades relativt raskt, og krever lading før første gangs bruk; noen nyere NiMH-batterier med lav selvutladning holder ladningen i mange måneder, og selges vanligvis fra fabrikken til omtrent 70 % av nominell kapasitet.

Batterilagringskraftstasjoner bruker oppladbare batterier for belastningsutjevning (lagring av elektrisk energi i tider med lav etterspørsel etter bruk i topperioder) og for bruk av fornybar energi (for eksempel lagring av kraft generert fra solcelleanlegg om dagen for bruk om natten). Lastutjevning reduserer maksimal kraft et anlegg må kunne generere, reduserer kapitalkostnadene og behovet for toppkraftverk.

Ifølge en rapport fra Research and Markets, anslår analytikerne at det globale markedet for oppladbart batteri vil vokse med en CAGR på 8,32 % i perioden 2018–2022.^[4]

Under lading oksideres det positive aktive materialet og produserer elektroner, og det negative materialet reduseres og forbruker elektroner. Disse elektronene utgjør strømmen i den eksterne kretsen. Elektrolytten kan tjene som en enkel buffer for intern ionestrømning mellom elektrodene, som i litium-ion- og nikkel-kadmiumceller, eller den kan være en aktiv deltaker i den elektrokjemiske reaksjonen, som i bly-syre-celler.

Energien som brukes til å lade oppladbare batterier kommer vanligvis fra en batterilader som bruker strømnettet, selv om noen er utstyrt for å bruke bilens 12-volts likestrømuttak. Kildens spenning må være høyere enn batteriets for å tvinge strøm til å strømme inn i den, men ikke for mye høyere, ellers kan batteriet bli skadet.

Ladere tar fra noen minutter til flere timer å lade et batteri. Sakte "dumme" ladere uten spennings- eller temperaturfølingsfunksjoner vil lade opp med lav hastighet, og tar vanligvis 14 timer eller mer for å få fulladet. Raske ladere kan vanligvis lade celler på to til fem timer, avhengig av modell, og den raskeste tar så lite som femten minutter. Hurtigladere må ha flere måter å oppdage når en celle når full ladning (endring i terminalspenning, temperatur osv.) For å stoppe lading før skadelig overladning eller overoppheting oppstår. De raskeste ladere har ofte kjølevifter for å hindre cellene i å bli overopphetet. Batteripakker beregnet for hurtiglading kan inneholde en temperatursensor som laderen bruker for å beskytte pakken; sensoren vil ha en eller flere elektriske kontakter.

Ulik batterikjemi krever forskjellige ladesystemer. For eksempel kan noen batterityper trygt lades fra en konstant spenningskilde. Andre typer må lades med en regulert strømkilde som avtar når batteriet når fulladet spenning. Å lade et batteri feil kan skade et batteri; i ekstreme tilfeller kan batterier bli overopphetet, ta fyr eller eksplosivt lufte innholdet.

Forskining på oppladbare batterier inkluderer utvikling av nye elektrokjemiske systemer, samt forbedring av levetiden og kapasiteten til nåværende typer.